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電源設(shè)計中IC驅(qū)動電流不足的解決方法

作者: 時間:2013-01-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

中,工程師通常會面臨控制IC驅(qū)動電流不足的問題,或者面臨由于損耗導(dǎo)致控制IC功耗過大的問題。為緩解這一問題,工程師通常會采用外部驅(qū)動器。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/175620.htm

中心議題:

工程師如何解決控制IC驅(qū)動電流不足的問題

利用幾個部件就可以構(gòu)建一款獨(dú)立驅(qū)動器

具有同步整流器的電源可使用變壓器的繞組電壓來驅(qū)動?xùn)艠O

解決方案:

簡單的緩沖器可驅(qū)動2Amps以上的電流

FMMT618的更高電流驅(qū)動器可增強(qiáng)驅(qū)動能力

中,工程師通常會面臨控制IC驅(qū)動電流不足的問題,或者面臨由于損耗導(dǎo)致控制IC功耗過大的問題。為緩解這一問題,工程師通常會采用外部驅(qū)動器。半導(dǎo)體廠商(包括TI在內(nèi))擁有現(xiàn)成的MOSFET集成電路驅(qū)動器解決方案,但這通常不是成本最低的解決方案。通常會選擇價值幾美分的分立器件。

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圖1:緩沖器可驅(qū)動2Amps以上的電流

圖1中的示意圖顯示了一個NPN/PNP發(fā)射跟隨器對,其可用于緩沖控制IC的輸出。這可能會增加控制器的驅(qū)動能力并將驅(qū)動損耗轉(zhuǎn)移至外部組件。許多人都認(rèn)為該特殊電路無法提供足夠的驅(qū)動電流。

如圖2中hf曲線所示,通常廠商都不會為這些低電流器件提供高于0.5A的電流。但是,該電路可提供大大高于0.5A的電流驅(qū)動,如圖1中的波形所示。就該波形而言,緩沖器由一個50Ω源驅(qū)動,負(fù)載為一個與1Ω電阻串聯(lián)的0.01 uF電容。該線跡顯示了1Ω電阻兩端的電壓,因此每段接線柱上的電流為2A.該數(shù)字還顯示MMBT2222A可以提供大約3A的電流,MMBT3906吸收2A的電流。

事實(shí)上,晶體管將與其組件進(jìn)行配對(MMBT3904用于3906,MMBT2907用于2222)。這兩個不同的配對僅用于比較。這些器件還具有更高的電流和更高的hfe, 如FMMT618/718對,其在6A電流時具有100 的hfe(請參見圖2)。與集成驅(qū)動器不同,分立器件是更低成本的解決方案,且有更高的散熱和電流性能。

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圖2:諸如FMMT618的更高電流驅(qū)動器可增強(qiáng)驅(qū)動能力

圖3顯示了一款可使您跨越隔離邊界的簡單緩沖器變量情況。一個信號電平變壓器由一個對稱雙極驅(qū)動信號來驅(qū)動。變壓器次級繞組用于生成緩沖器電力并為緩沖器提供輸入信號。二極管D1和D2對來自變壓器的電壓進(jìn)行調(diào)整,而晶體管Q1和Q2則用于緩沖變壓器輸出阻抗以提供大電流脈沖,從而對連接輸出端的FET進(jìn)行充電和放電。該電路效率極高且具有50%的占空比輸入(請參見圖3中較低的驅(qū)動信號),因?yàn)槠鋵Ⅱ?qū)動FET柵極為負(fù)并可提供快速開關(guān),從而最小化開關(guān)損耗。這非常適用于相移全橋接轉(zhuǎn)換器。

如果您打算使用一個小于50%的上方驅(qū)動波形(請參見圖3),那么就要使用緩沖變壓器。這樣做有助于避免由于轉(zhuǎn)換振鈴引起的任意開啟EFT一次低電平到零的轉(zhuǎn)換可能會引起漏電感和次級電容,從而引發(fā)振鈴并在變壓器外部產(chǎn)生一個正電壓。

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圖3:利用幾個部件您就可以構(gòu)建一款獨(dú)立驅(qū)動器

總之,分立器件可以幫助您節(jié)約成本。價值大約0.04美元的分立器件可以將驅(qū)動器IC成本降低10倍。分立驅(qū)動器可提供超過2A的電流并且可以使您從控制IC中獲得電力。此外,該器件還可去除控制IC中的高開關(guān)電流,從而提高穩(wěn)壓和噪聲性能。

我們來了解一下自驅(qū)動同整流器并探討何時需要分立驅(qū)動器來保護(hù)同步整流器柵極免受過高電壓帶來的損壞。理想情況下,您可以利用電源變壓器直接驅(qū)動同步整流器,但是由于寬泛的輸入電壓變量,變壓器電壓會變得很高以至于可能會損壞同步整流器。

圖4顯示的是用于控制同步反向拓?fù)渲蠶2傳導(dǎo)的分立器件。該電路可以讓您控制開啟柵極電流并保護(hù)整流器柵極免受高反向電壓的損壞。該電路可以用變壓器輸出端的負(fù)電壓進(jìn)行驅(qū)動。12V輸入與5V輸出相比負(fù)電壓值很大,從而引起Q1傳導(dǎo)并短路電源FET Q2上的柵-源電壓,迅速將其關(guān)閉。由于基極電流流經(jīng) R2,因此在加速電容C1上就有了一個負(fù)電壓。在此期間,一次側(cè) FET將會發(fā)生傳導(dǎo)并在變壓器磁化電感中存儲能量。一次側(cè)FET關(guān)閉時,變壓器輸出電壓在正電壓范圍擺動。Q2柵-源通過D1和R1被迅速前向偏置。C1放電時,D2對Q1基極-發(fā)射極連接進(jìn)行保護(hù)。在一次側(cè)FET再次開啟之前,該電路會一直保持這種狀態(tài)。正如同步降壓轉(zhuǎn)換器那樣,輸出電流會真正地對輸出電容進(jìn)行放電。開啟一次側(cè)FET會衰減變壓器二次側(cè)上的電壓并去除Q2的正驅(qū)動。這種轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致明顯的貫通疊加一次側(cè) FET和 Q2 傳導(dǎo)次數(shù)。為了最小化該次數(shù),當(dāng)一次側(cè)和二次側(cè)FET均開啟時,Q1將會盡快地短路同步整流器上的柵-源。

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圖4:Q1 快速關(guān)閉同步反向

圖5顯示的是用于控制同步正向轉(zhuǎn)換器中Q1和Q4傳導(dǎo)的分立驅(qū)動器。在此特殊的設(shè)計中,輸入電壓很寬泛。這就是說兩個FET的柵極可能會有超過其額定電壓的情況,因此就需要一個鉗位電路。當(dāng)變壓器輸出電壓為負(fù)數(shù),該電路就會開啟Q4二極管D2和D4將正驅(qū)動電壓限制在4.5V左右。D1和D3將FET關(guān)閉, 該FET由變壓器和電感中的電流進(jìn)行驅(qū)動。Q1和Q4將反向柵極電壓鉗位到接地。在此設(shè)計中,F(xiàn)ET 具有相當(dāng)小柵極電感,因此轉(zhuǎn)換非常迅速。較大的FET可能需要實(shí)施一個PNP晶體管對變壓器繞組進(jìn)行柵極電容去耦并提升開關(guān)速度。為轉(zhuǎn)換器Q2和Q3選擇合適的封裝至關(guān)重要,因?yàn)檫@些封裝會消耗轉(zhuǎn)換器中大量的電能(這是因?yàn)樵?FET 柵極電容放電期間這些封裝會起到線性穩(wěn)壓器的作用)。此外,由于更高的輸出電壓R1和R2中的功耗可能也會很高。

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圖5 :D2和D4限制了該同步正向驅(qū)動器中正柵極電壓

總之,許多具有同步整流器的電源都可以使用變壓器的繞組電壓來驅(qū)動同步整流器的柵極。寬范圍輸入或高輸出電壓需要調(diào)節(jié)電路來保護(hù)柵極。在圖4所示的同步反向結(jié)構(gòu)中,我們向您介紹了如何在保持快速的開關(guān)轉(zhuǎn)換的同時控制同步整流器柵極上的反向電壓。與之相類似在圖2的同步正向結(jié)構(gòu)中,我們向您介紹了如何限制同步整流器柵極上的正驅(qū)動電壓。



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